JP6416397B2 - 放射線画像撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線、特にＸ線を用いた画像撮像装置に関する。

従来から、被写体に対する照射を経た放射線、特にＸ線の線量に応じた電荷（電気信号）を出力するセンサ素子を、２次元的に配置した放射線画像撮像用パネルの開発が進められている。上記センサ素子は、基板（パネル）上に２次元マトリックス状に配置された複数の画素毎に備えられている。この放射線画像撮像用パネルにおいては、各画素に備えられた容量素子に上記電荷が蓄積され、蓄積された電荷に対応した出力を各画素から読み出す制御は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）素子によって行われる。

特に、近年においては、蓄積された電荷に対応した出力を読み出すための回路等に発生する雑音の影響を低減する要請が高まってきた。この要請を受けて、画素に増幅素子としてのＴＦＴ素子をさらに設けて、上記出力を増幅して上記回路に伝送するアクティブピクセル型の放射線画像撮像用パネル、および該パネルを備えた撮像装置の開発が活発化している。

例えば、特許文献１および非特許文献１には、ＡＭＰ（出力増幅）用のＴＦＴと、ＲＥＡＤ（出力読み出し）用のＴＦＴと、ＲＥＳＥＴ（アクティブピクセルセンサのリセット）用のＴＦＴとを備えたアクティブピクセルセンサが開示されている。ここで、アクティブピクセルセンサのリセットとは、ＡＭＰ用のＴＦＴのドレインソース間の電流があらかじめ定められた値となるように、当該ＡＭＰ用のＴＦＴのゲート電圧を、設定された初期電位に戻すことを指す。また、従来のアクティブピクセルセンサとしては、上記３つのＴＦＴと上記センサ素子とを図１に示すように接続したものがある。また、従来のアクティブピクセル型の放射線画像撮像用パネルとしては、図２に示すような、基板上に図１のアクティブピクセルセンサが２次元マトリックス状に配置され、Ｒｅｓｅｔ信号生成回路、Ｒｅａｄ信号生成回路、制御回路および電流／電圧変換アンプを備えたものがある。なお、図２では、説明の便宜上、アクティブピクセルセンサの数を４×４の計１６個としている。Ｒｅｓｅｔ信号生成回路は、アクティブピクセルセンサをリセットするための信号Ｒｅｓｅｔ＿１’〜Ｒｅｓｅｔ＿４ ’を生成し、出力する。Ｒｅａｄ信号生成回路は、各アクティブピクセルセンサから出力電流Ｉｏｕｔ_＿１’〜Ｉｏｕｔ＿４’を読み出すための信号Ｒｅａｄ＿１’〜Ｒｅａｄ＿４ ’を生成し、出力する。

次に、図２に示す撮像用パネルを備えた撮像装置による画像撮像動作のタイミングチャートの一例を図３に示す。図３に示すように、この撮像装置は、１枚の２次元画像のデータの読み出しに要する時間毎に全てのアクティブピクセルセンサの容量素子をリセットする。また、上記撮像装置による画像撮像動作のタイミングチャートの他の例を図４に示す。図４に示すように、この撮像装置は、２次元画像のデータの読み出しを中断してアクティブピクセルセンサをリセットした後、再び読み出しを行う。この動作は、アクティブピクセルセンサの行単位で行われ、１枚の２次元画像のデータの読み出しに要する時間内に全ての行のアクティブピクセルセンサについて行われる。

米国公開特許公報「US 2004/0135911 A1（２００４年７月１５日公開）」

Taghibakhsh, F.; Karim, K.S., "Two-Transistor Active Pixel Sensor for High Resolution Large Area Digital X-ray Imaging," IEEE International Electron Devices Meeting 2007, pp.1011, 1014, 10-12, Dec. 2007

しかしながら、特許文献１および非特許文献１には、出力読み出しが行われる時間（読み出し時間）内にアクティブピクセルセンサのリセットおよび出力読み出しが行われることについては開示されているものの、当該読み出し時間内に上記リセットを行わないようにＲＥＳＥＴ用の端子を制御する技術については開示されていない。したがって、上記アクティブピクセルセンサを複数備えた撮像装置において、読み出し時間毎に全てのアクティブピクセルセンサがリセットされる場合、リセットされないアクティブピクセルセンサが存在する場合と比較して、リセットに要する時間分だけ読み出し時間が長くなり、撮像装置の消費電力も増加するという問題点があった。また、従来のアクティブピクセル型の放射線画像撮像用パネルを備えた撮像装置においても、１枚の２次元画像のデータの読み出しに要する時間毎に全てのアクティブピクセルセンサがリセットされることから、上記と同様の問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、２次元画像のデータの総取得時間の短縮化による、フレームレートの向上および消費電力の抑制を実現した放射線画像撮像装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る放射線画像撮像装置は、被写体に対する照射を経た放射線の線量に応じた２次元画像を取得する放射線画像撮像装置において、２次元的に配された複数の画素と、上記複数の画素の各々に備えられ、上記複数の画素に上記放射線が入射することにより、連続する少なくとも２フレーム間で上記画素ごとに上記線量に応じた電荷を蓄積する容量素子と、上記複数の画素の少なくとも１つの画素について、上記２フレームを構成する第１フレームおよび第２フレームの各々において、上記少なくとも１つの画素を初期化せずに、当該画素から、蓄積された上記電荷に対応した第１出力および第２出力を読み出すリード制御部と、を備える。

本発明の一態様によれば、連続する第１フレームおよび第２フレームの各々において、少なくとも１つの画素を初期化しないことにより、フレームレートの向上および消費電力の抑制を実現することができる。

従来のアクティブピクセル、および本発明の実施形態１に係る放射線画像撮像装置が備えたアクティブピクセルの主要部を示す回路図である。 従来のアクティブピクセル型の放射線画像撮像用パネルを備えた撮像装置の主要部を示す回路図である。 上記撮像装置による画像撮像動作のタイミングチャートの一例を示す図である。 上記撮像装置による画像撮像動作のタイミングチャートの他の例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る放射線画像撮像装置の主要部を示す回路図である。 上記放射線画像撮像装置による画像撮像動作のタイミングチャートを示す図である。 上記放射線画像撮像装置が備えたアクティブピクセルに入射した放射線の線量と、当該アクティブピクセルからの出力電圧との関係を示すグラフである。 上記放射線画像撮像装置による画像撮像処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る放射線画像撮像装置の主要部を示す回路図である。 上記放射線画像撮像装置による画像撮像動作のタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施形態３に係る放射線画像撮像装置が備えたアクティブピクセルに入射した放射線の線量と、当該アクティブピクセルから読み出された出力電圧との関係を示すグラフである。 上記放射線の線量と上記出力電圧との関係を近似関数で示すグラフである。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１および図５〜図８を参照しながら、詳細に説明する。

＜放射線画像撮像装置の構成＞
まず、放射線画像撮像装置１００の主要な構成について説明する。図５は、放射線画像撮像装置１００の主要部を示す回路図である。放射線画像撮像装置１００は、被写体に対する照射を経た放射線の線量Ｘに応じた２次元画像データを連続的に生成することにより、動画撮像を行うものである。図５に示すように、放射線画像撮像装置１００は、撮像パネル２０、制御部２１、リード素子制御部（リード制御部）２２、リセット素子制御部（リード制御部）２３、電流／電圧変換アンプ（以下、「ＩＶアンプ」と略記する）２４および画像データ生成部（出力生成部）２５を備えている。

撮像パネル２０は平板状の基材であり、平面視において、ｎ行×ｎ列の合計ｎ^２個のアクティブピクセル（複数の画素）１０がマトリックス状に配置されている。なお、アクティブピクセル１０の個数および配置については、２次元的に配置されている限り特に限定されないが、図２では、図示を簡単にするため４行×４列の配列を例示している。

制御部２１は、リード素子制御部２２、リセット素子制御部２３および画像データ生成部２５の制御を行うとともに、放射線画像撮像装置１００の統括的な制御も行う。

リード素子制御部２２は、リード信号Ｒｅａｄ＿１〜Ｒｅａｄ＿４を、アクティブピクセル１０の行（４個のアクティブピクセル１０で１つの行が構成される）毎のリード素子３（図１を参照して後述する）のゲート電極に出力することにより、リード素子３による出力電流Ｉｏｕｔ＿１〜Ｉｏｕｔ＿４の読み出しを制御する。リード信号Ｒｅａｄ＿１〜Ｒｅａｄ＿４は、読み出し実行用のハイレベル（Ｈｉｇｈ）の期間および読み出し中断用のローレベル（Ｌｏｗ）の期間を有する。

リセット素子制御部２３は、リセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌを、全てのリセット素子４（図１を参照して後述する）のゲート電極に出力することにより、リセット素子４によるアクティブピクセル１０の初期化を制御する。リセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌは、初期化実行用のハイレベル（Ｈｉｇｈ）の期間および初期化中断用のローレベル（Ｌｏｗ）の期間を有する。

ＩＶアンプ２４は、リード素子３から出力された出力電流Ｉｏｕｔ＿１〜Ｉｏｕｔ＿４を出力電圧Ｖｏｕｔ＿１〜Ｖｏｕｔ＿４に変換して、画像データ生成部２５に出力する。

画像データ生成部２５は、入力された出力電圧Ｖｏｕｔ＿１〜Ｖｏｕｔ＿４に基づいて、アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸに比例する、４×４解像度の２次元画像のデータを生成する。なお、画像データ生成部２５によるデータ処理については後述する。

なお、容量素子１ａ、リード素子３、リセット素子４、アクティブピクセル１０およびアクティブピクセル１０の初期化の詳細については、以下に説明する。
＜アクティブピクセルの構成＞
次に、アクティブピクセル１０の主要な構成について説明する。図１は、アクティブピクセル１０の主要部を示す回路図である。アクティブピクセル１０は、被写体に対する照射を経た放射線の線量Ｘを、２次元画像のデータ生成に用いられる出力電流Ｉｏｕｔに変換して出力する。図１に示すように、アクティブピクセル１０は、センサ素子１、増幅素子２、リード素子３およびリセット素子４を備えている。

なお、本実施形態以下の各実施形態では、増幅素子２、リード素子３およびリセット素子４として、ＴＦＴ素子が用いられているものとして説明する。

センサ素子１は、被写体に対する照射を経た放射線がアクティブピクセル１０に入射したことを検知する素子であり、当該線量Ｘに応じた電荷を蓄積する容量素子１ａを内蔵している。センサ素子１は、例えばフォトダイオードであってもよく、容量素子１ａは、例えばセンサ素子１の端子間容量で構成されてもよい。センサ素子１の入力端にはバイアス電源（図示せず）からバイアス電圧Ｖｓｂが印加され、出力端は増幅素子２のゲート電極およびリセット素子４のドレイン電極に接続されている。また、センサ素子１は、リセット素子４がオフの状態において、容量素子１ａに蓄積された電荷に対応した電気信号を増幅素子２のゲート電極に印加する。

増幅素子２では、容量素子１ａに蓄積される電荷に応じてゲート電極の電圧（ゲート電圧）が変化する。そして、増幅素子２は、ゲート電圧の変化をドレインソース間の増幅された電流変化として、リード素子３のソース電極に出力する。増幅素子２のソース電極には、当該増幅素子２の電源（図示せず）から電源電圧Ｖｄが印加され、ドレイン電極はリード素子３のソース電極に接続されている。

リード素子３は、リード素子制御部２２から出力されるリード信号Ｒｅａｄに応じて、増幅素子２によって増幅された電気信号を出力電流Ｉｏｕｔとして読み出し、ＩＶアンプ２４に出力する。

具体的には、リード素子３のゲート電極に入力されたリード信号ＲｅａｄがＨｉｇｈの場合、リード素子３のエミッタとコレクタとが導通するので、リード素子３は出力電流Ｉｏｕｔを出力する。一方、リード信号ＲｅａｄがＬｏｗの場合、エミッタとコレクタとは遮断状態となる。すなわち、リード素子３はスイッチ素子として機能し、ＯＮで読み出し実行、ＯＦＦで読み出し中断となる。

リセット素子４は、リセット素子制御部２３から出力されるリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌに応じて、アクティブピクセル１０を初期化する。ここで、アクティブピクセル１０の初期化とは、容量素子１ａの電位を、増幅素子２のゲートソース間の電圧が所定の閾値を少し超えるような初期電位Ｖｂに戻すことを指す。初期電位Ｖｂは、例えば、増幅素子２がＮ型ＴＦＴ素子で所定の閾値が２Ｖであれば、Ｖｂ＝３Ｖ程度に設定する。

アクティブピクセル１０を初期化するのは、電荷が蓄積しすぎて容量素子１ａの電位が大きくなりすぎると増幅素子２が出力する出力電流Ｉｏｕｔが飽和し、ひいては、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和するからである。このため、容量素子１ａの電位が大きくなりすぎる前に当該電位を初期電位Ｖｂに戻すことにより、増幅素子２を適切な信号増幅率で動作させることができる。

具体的には、リセット素子４のゲート電極に入力されたリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌがＨｉｇｈの場合、リセット素子４のエミッタとコレクタとが導通して容量素子１ａを初期電位Ｖｂに接続する。一方、リセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌがＬｏｗの場合、エミッタとコレクタとは遮断状態となる。すなわち、リセット素子４はスイッチ素子として機能し、ＯＮで初期化実行、ＯＦＦで初期化中断（すなわち、容量素子１ａによる電荷蓄積）となる。

＜放射線画像撮像装置による画像撮像動作＞
次に、図６および図７を用いて、放射線画像撮像装置１００による画像撮像動作について説明する。図６は、放射線画像撮像装置１００による画像撮像動作のタイミングチャートを示す図である。図７は、アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフである。

放射線画像撮像装置１００による画像撮像動作は、図６に示すように、初期化期間と画像データ生成期間との２フェーズで構成される。また、画像データ生成期間は、第１読み出し期間、第２読み出し期間および信号蓄積のための追加期間の３フェーズで構成される。

信号蓄積のための追加期間は、必要な信号強度を得るための信号蓄積時間を確保するために必要に応じて追加される期間であり、その時間長がゼロの場合、すなわち当該追加期間を設定しない場合もある。また、信号蓄積のための追加期間の時間長をサブフレームとする。なお、信号蓄積のための追加期間は、フレーム周期の一定性を確保するための冗長期間としても機能する。

さらに、第１読み出し期間の経過時間および第２読み出し期間の各時間長を１フレームとする。ここで、１フレームとは、具体的には、アクティブピクセル１０の各列から出力電圧Ｖｏｕｔ＿１〜Ｖｏｕｔ＿４を読み出すのに要する時間を指す。第１読み出し期間の時間長を第１フレーム、第２読み出し期間の時間長を第２フレームとする。

なお、以下の説明において、アクティブピクセル１０を最初に初期化した後は、初期化しない状態でリード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第ｎ回目のＨｉｇｈ期間に読み出された第ｉ行第ｊ列のアクティブピクセル１０の出力電流をＩｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ）、出力電圧をＶｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ）とする。また、第ｎ回目の読み出し時までに第ｉ行第ｊ列のアクティブピクセル１０に入射した放射線の線量をＸ（ｉ、ｊ、ｎ）とする。

（初期化期間）
まず、リセット素子制御部２３は、画像データ生成期間の開始前に、全てのリセット素子４のゲート電極に接続された出力端子から第１回目のＨｉｇｈのリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌを出力して全てのリセット素子４をＯＮにし、全てのアクティブピクセル１０を初期化する。ここで、アクティブピクセル１０の初期化に要する初期化時間（すなわち、初期化期間の時間長）は、容量素子１ａの容量、初期電位Ｖｂを印加させるラインの抵抗値および初期電位Ｖｂの電圧源のインピーダンスに基づいて決定される。

このような制御を行うことで、画像データ生成期間の開始後すぐにアクティブピクセル１０を初期化することなく、スムーズに、４×４解像度の２次元画像のデータを複数フレームにわたって連続生成することができる。

本実施形態では、４×４のマトリックス状に配置された計１６個のアクティブピクセル１０から３枚の２次元画像のデータを生成するのに必要な３回分の画像データ生成期間が経過する毎に、全てのアクティブピクセル１０が初期化される。すなわち、本実施形態では、全てのアクティブピクセル１０の各々を初期化する初期化周期が、４フレーム（複数フレームの時間長、図６参照）と３サブフレーム（図６参照）との合計時間長となる。そして、リセット素子制御部２３は、４フレーム経過時点で全てのアクティブピクセル１０を一括して初期化する。

但し、アクティブピクセル１０の初期化周期は上記場合に限定されない。すなわち、上記初期化の目的が出力電圧Ｖｏｕｔの飽和を防ぐことにあり、当該飽和は容量素子１ａが飽和状態（電荷を蓄積できなくなる状態）になることによって生じる。あるいは、当該飽和は、増幅素子２のゲート電極に印加される電圧が大きくなりすぎて増幅素子２の出力電流Ｉｏｕｔが飽和することによって生じる。したがって、一旦初期化された容量素子１ａに蓄積された電荷の量が閾値（例えば、容量素子１ａが飽和状態になる電荷の量よりも若干少ない電荷の量）になるまでに要する時間をあらかじめ算出することで、初期化周期を決定すればよい。例えば、アクティブピクセル１０に入射する放射線の線量Ｘの最大入力を想定し、当該最大入力が持続した場合にどの程度の時間で上記閾値になるかをあらかじめ求めた上で、初期化周期（フレーム数）を決定してもよい。

また、本実施形態のように初期化周期毎に全てのアクティブピクセル１０を一括して初期化する必要はなく、例えば、１フレーム毎に１行ないし複数行のアクティブピクセル１０を順次初期化してもよい（実施形態２参照）。また、換言すれば、リセット素子制御部２３は、初期化周期の終わりに全てのアクティブピクセル１０が初期化されているように、当該全てのアクティブピクセル１０の各々を初期化周期内で初期化すればよい。

なお、フレームレートの向上という本発明の目的を達成するためには、初期化周期は、複数フレームの時間長、あるいは複数フレームと複数サブフレームとの合計時間長として定められなければならない。

（画像データ生成期間）
全てのアクティブピクセル１０の初期化が終了した後、４×４解像度の２次元画像のデータの生成動作が開始される。すなわち、第１回目の画像データ生成期間が開始する。具体的には、リセット素子制御部２３は、出力端子から第１回目のＬｏｗのリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌを出力して全てのリセット素子４をＯＦＦにする。同時に、リード素子制御部２２は、アクティブピクセル１０の行毎のリード素子３のゲート電極に接続された各出力端子から、順次、第１回目のＨｉｇｈのリード信号Ｒｅａｄ＿１、リード信号Ｒｅａｄ＿２、リード信号Ｒｅａｄ＿３、リード信号Ｒｅａｄ＿４を出力する。

そして、アクティブピクセル１０の列（４個のアクティブピクセル１０で１つの列が構成される）毎に、順次、出力電流Ｉｏｕｔ（ｉ、１、１）、出力電流Ｉｏｕｔ（ｉ、２、１）、出力電流Ｉｏｕｔ（ｉ、３、１）、出力電流Ｉｏｕｔ（ｉ、４、１）が、各リード素子３を介して読み出される。

読み出された４個の出力電流Ｉｏｕｔは、ＩＶアンプ２４によって出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、１、１）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、２、１）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、３、１）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、４、１）にそれぞれ変換されて画像データ生成部２５に出力される。上記４個の出力電圧Ｖｏｕｔ（第１出力）が画像データ生成部２５に全て入力されると、第１回目の第１読み出し期間が終了する。

第１回目の第１読み出し期間の終了後、第１回目の第２読み出し期間が開始する。第２読み出し期間においても、リセット素子制御部２３およびリード素子制御部２２によって第１読み出し期間と同様の信号出力制御が行われる。そして、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、１、２）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、２、２）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、３、２）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｉ、４、２）の４個の出力電圧Ｖｏｕｔ（第２出力）が順次、画像データ生成部２５に出力される。

次に、画像データ生成部２５は、第１回目の第１読み出し期間に読み出された出力電圧Ｖｏｕｔと、第１回目の第２読み出し期間に読み出された出力電圧Ｖｏｕｔとに基づいて、１枚の２次元画像のデータを生成する。

具体的には、画像データ生成部２５は、アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸと当該線量Ｘに対応する出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶとが、図７に示すような比例関係（ΔＶ＝α・ΔＸ、比例定数；α）にあると仮定して、変化量ΔＸを計算する。そして、画像データ生成部２５は、算出された変化量ΔＸに比例する２次元画像のデータをアクティブピクセル１０毎に生成し、４×４解像度の２次元画像のデータを１枚取得する。

すなわち、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第１回目のＨｉｇｈ期間に読み出された第ｉ行第ｊ列のアクティブピクセル１０の出力電圧をＶｏｕｔ（ｉ、ｊ、１）、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第２回目のＨｉｇｈ期間に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ（ｉ、ｊ、２）とすると、Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、２）−Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、１）＝α｛Ｘ（ｉ、ｊ、２）−Ｘ（ｉ、ｊ、１）｝の関係が成立する。したがって、Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、２）−Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、１）を計算することで、第１読み出し期間から第２読み出し期間までの間にアクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸが算出される。

なお、アクティブピクセル１０毎の出力電圧Ｖｏｕｔの読み出し時間、すなわちリード信号ＲｅａｄのＨｉｇｈ期間は、放射線のアクティブピクセル１０への入射時間と比較して十分短い。したがって、本実施形態以下の各実施形態では、第１読み出し期間中および第２読み出し期間中における第ｉ行第ｊ列のアクティブピクセル１０から出力電圧Ｖｏｕｔを読み出す期間（リード信号Ｒｅａｄ＿ｉのＨｉｇｈ期間）において、入射した放射線の線量Ｘおよび当該線量Ｘに対応する出力電圧Ｖｏｕｔは一定であるものとみなす。

上述のようにして、画像データ生成部２５が４×４解像度の２次元画像のデータを１枚取得することにより、第１回目の第２読み出し期間が終了するとともに第１回目の画像データ生成期間が終了する。

第２回目以降の画像データ生成期間においても、画像データ生成部２５は、上記と同様の方法で４×４解像度の２次元画像のデータを１枚ずつ取得していく。

すなわち、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第ｎ回目のＨｉｇｈ期間に読み出された第ｉ行第ｊ列のアクティブピクセル１０の出力電圧をＶｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ）、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第ｎ＋１回目のＨｉｇｈ期間に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）とすると、Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）−Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ）＝α｛Ｘ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）−Ｘ（ｉ、ｊ、ｎ）｝の関係が成立する。したがって、Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）−Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ）を計算することで、変化量ΔＸが算出される。

換言すれば、画像データ生成部２５は、リード素子制御部２２によって読み出された出力電圧（第２増幅出力）Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）と出力電圧（第１増幅出力）Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ）との差を求めることにより、変化量ΔＸ（放射線の線量に応じた読み出し出力）を生成する。そして、画像データ生成部２５は、変化量ΔＸに比例する２次元画像のデータをアクティブピクセル１０毎に生成する。

なお、第１回目の画像データ生成期間における第２読み出し期間が、第２回目の画像データ生成期間における第１読み出し期間となる。また、第２回目の画像データ生成期間における第２読み出し期間が、第３回目の画像データ生成期間における第１読み出し期間となる。

＜放射線画像撮像装置による画像撮像処理＞
次に、図８を用いて、放射線画像撮像装置１００による画像撮像処理について説明する。図８は、当該処理を示すフローチャートである。なお、以下の説明は、特定のアクティブピクセル１０を例に取り上げている。他のアクティブピクセル１０についても同様の説明となることはいうまでもない。

図８に示すように、まず、リセット素子制御部２３は、画像撮像開始前にＨｉｇｈのリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿ａｌｌを出力して、アクティブピクセル１０を初期化する（他のアクティブピクセル１０についても、全て初期化される）（ステップ１００；撮像準備ステップ、以下、Ｓ１００と略記する）。

画像撮像開始後、センサ素子１は、被写体に対する照射を経た放射線がアクティブピクセル１０に入射すると、入射した放射線の線量Ｘに応じた電荷を容量素子１ａに蓄積する（Ｓ１０１；電荷蓄積ステップ）。

次に、リセット素子制御部２３は、画像データ生成期間が３回経過したか否かを判定する（Ｓ１０２；初期化実行判定ステップ）。Ｓ１０２でＹＥＳ（以下、Ｙと略記する）と判定した場合、リセット素子制御部２３は、アクティブピクセル１０を初期化し（他のアクティブピクセル１０についても、全て初期化される）、再びＳ１０１の処理に移行する（Ｓ１０３；初期化実行ステップ）。

一方、Ｓ１０２でＮＯ（以下、Ｎと略記する）と判定した場合、リセット素子制御部２３は、その旨の判定結果をリード素子制御部２２に送信する。当該判定結果を受信したリード素子制御部２２は、Ｈｉｇｈのリード信号Ｒｅａｄを出力する（Ｓ１０４；リード信号出力ステップ）。

次に、Ｈｉｇｈのリード信号Ｒｅａｄが入力されたアクティブピクセル１０は、増幅素子２およびリード素子３がＯＮ状態となる。そして、容量素子１ａに蓄積された電荷に対応した出力電圧Ｖｏｕｔが、当該アクティブピクセル１０からＩＶアンプ２４を介して読み出される（Ｓ１０５；出力読み出しステップ）。読み出された出力電圧Ｖｏｕｔは、画像データ生成部２５に出力される。

次に、画像データ生成部２５は、入力された出力電圧Ｖｏｕｔが第２読み出し期間中に読み出されたのか否かを判定する（Ｓ１０６；算出実行判定ステップ）。Ｓ１０６でＹと判定した場合、画像データ生成部２５は、第２読み出し期間に入力された出力電圧Ｖｏｕｔと、メモリに記憶しておいた第１読み出し期間に入力された出力電圧Ｖｏｕｔとの差に基づいて、アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸを算出する（Ｓ１０７；算出実行ステップ）。なお、上記メモリは画像データ生成部２５に内蔵されていてもよいし、外部に設けられていてもよい。

一方、Ｓ１０６でＮと判定した場合、画像データ生成部２５は、変化量ΔＸの算出を実行することなく、入力された出力電圧Ｖｏｕｔのデータを上記メモリに記憶させる。そして、再びＳ１０１の処理に移行する。

変化量ΔＸを算出した後、放射線画像撮像装置１００は、ユーザによる撮像終了操作があったか否かを判定する（Ｓ１０８；撮像終了判定ステップ）。この判定は、例えば、放射線画像撮像装置１００に備えられた撮像終了判定部（図示せず）によってなされてもよい。また、例えば、同じく放射線画像撮像装置１００に備えられた操作入力部、電源スイッチ部（ともに図示せず）によってなされてもよい。

Ｓ１０８でＹと判定した場合、放射線画像撮像装置１００は画像撮像処理を終了する。一方、Ｓ１０８でＮと判定した場合、再びＳ１０１の処理に移行する。

このように、放射線画像撮像装置１００は、第１読み出し期間および第２読み出し期間、すなわち連続する第１フレームおよび第２フレームの各々において、全てのアクティブピクセル１０を一括して初期化せずに、当該全てのアクティブピクセル１０から、第１フレームに対応した出力電圧Ｖｏｕｔおよび第２フレームに対応した出力電圧Ｖｏｕｔを読み出す。さらに、この連続した２フレーム間における出力電圧Ｖｏｕｔの読み出し動作を、複数フレームから成る初期化期間内で繰り返す。したがって、１フレーム毎に全てのアクティブピクセル１０を初期化する場合と比較して、フレームレートが向上するとともに消費電力を抑制することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図９および図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態に係る放射線画像撮像装置２００は、リセット素子制御部２３の出力端子が、アクティブピクセル１０の行毎のリード素子３のゲート電極に接続され、リセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１〜Ｒｅｓｅｔ＿４を出力する点で、実施形態１に係る放射線画像撮像装置１００と異なる。また、放射線画像撮像装置２００は、１フレーム間に、１つの行を構成する４個のアクティブピクセル１０のみ初期化する点でも放射線画像撮像装置１００と異なる。

＜放射線画像撮像装置による画像撮像動作＞
以下、図１０を用いて、放射線画像撮像装置２００による画像撮像動作について説明する。図１０は、放射線画像撮像装置２００による画像撮像動作のタイミングチャートを示す図である。

放射線画像撮像装置２００による画像撮像動作は、図１０に示すように、画像データ生成期間の１フェーズで構成される。また、画像データ生成期間は、第１初期化／読み出し期間と第２初期化／読み出し期間との２フェーズで構成され、両期間の時間長がともに１フレームとなる。さらに、第１初期化／読み出し期間が第１フレームとなり、第２初期化／読み出し期間が第２フレームとなる。なお、本実施形態では、各フレームの間に信号蓄積のための追加期間を設定していないものの、当該追加期間を設定してもよいことはいうまでもない。

まず、リード素子制御部２２は、各出力端子から順次、第１回目のＨｉｇｈのリード信号Ｒｅａｄ＿１、リード信号Ｒｅａｄ＿２、リード信号Ｒｅａｄ＿３、リード信号Ｒｅａｄ＿４を出力する。この時、リード素子制御部２２は、リード信号Ｒｅａｄ＿１のみＨｉｇｈ期間が一旦中断されるように信号出力を制御する。

次に、リセット素子制御部２３は、第１回目のリード信号Ｒｅａｄ＿１の前半のＨｉｇｈ期間が中断した時点で第１行の各アクティブピクセル１０の初期化が開始されるように、第１回目のＨｉｇｈのリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１を出力する。すなわち、第１回目のリード信号Ｒｅａｄ＿１の前半のＨｉｇｈ期間の立ち下がりと、第１回目のＨｉｇｈのリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１の立ち上がりとが同期している。

次に、リード素子制御部２２は、第１回目のリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１のＨｉｇｈ期間が終了した時点で、第１回目のリード信号Ｒｅａｄ＿１の後半のＨｉｇｈ期間が再開されるように信号出力を制御する。すなわち、第１回目のＨｉｇｈのリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１の立ち下がりと、第１回目のリード信号Ｒｅａｄ＿１の後半のＨｉｇｈ期間の立ち上がりとが同期している。

なお、本実施形態では、アクティブピクセル１０は、出力電圧Ｖｏｕｔの読み出しの中断期間中に初期化される。しかし、このような読み出しおよび初期化の方法に限定する必要はなく、例えば、第１回目のリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１のＨｉｇｈ期間を中断することなく持続させた期間中に、同時にアクティブピクセル１０の初期化がなされてもよい。

ここで、初期化される第１行の各アクティブピクセル１０については、初期化の直前に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ５（１、ｊ、１）とし、初期化の直後に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ１（１、ｊ、１）とする。また、他の行の各アクティブピクセル１０については、読み出された出力電圧をそれぞれ、Ｖｏｕｔ４（２、ｊ、１）、Ｖｏｕｔ３（３、ｊ、１）、Ｖｏｕｔ２（４、ｊ、１）とする。

そして、読み出された各出力電圧Ｖｏｕｔは、画像データ生成部２５に出力される。各出力電圧Ｖｏｕｔが画像データ生成部２５に全て入力されると、第１回目の第１初期化／読み出し期間が終了する。

第１回目の第１初期化／読み出し期間の終了後、第１回目の第２初期化／読み出し期間が開始する。具体的には、リード素子制御部２２は、リード信号Ｒｅａｄ＿２のみＨｉｇｈ期間が一旦中断するように第２回目の各リード信号Ｒｅａｄを出力する。

また、リセット素子制御部２３は、第２回目のリード信号Ｒｅａｄ＿２のＨｉｇｈ期間の中断後に第２行の各アクティブピクセル１０が初期化されるように、第２回目のＨｉｇｈのリセット信号Ｒｅｓｅｔ＿２を出力する。

ここで、第２行の各アクティブピクセル１０については、初期化の直前に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ５（２、ｊ、２）とし、初期化の直後に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ１（２、ｊ、２）とする。また、他の行の各アクティブピクセル１０については、読み出された出力電圧をそれぞれ、Ｖｏｕｔ２（１、ｊ、２）、Ｖｏｕｔ４（３、ｊ、２）、Ｖｏｕｔ３（４、ｊ、２）とする。読み出された各出力電圧Ｖｏｕｔは、画像データ生成部２５に出力される。

次に、画像データ生成部２５は、第１回目の第１初期化／読み出し期間に読み出された出力電圧Ｖｏｕｔと、第１回目の第２初期化／読み出し期間に読み出された出力電圧Ｖｏｕｔとに基づいて、１枚の２次元画像のデータを生成する。

すなわち、第１行の各アクティブピクセル１０については、リード信号Ｒｅａｄ＿１の第１回目の後半のＨｉｇｈ期間に読み出された第１行第ｊ列のアクティブピクセル１０の出力電圧をＶｏｕｔ１（１、ｊ、１）、リード信号Ｒｅａｄ＿１の第２回目のＨｉｇｈ期間に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ２（１、ｊ、２）とすると、Ｖｏｕｔ２（１、ｊ、２）−Ｖｏｕｔ１（１、ｊ、１）＝α｛Ｘ（１、ｊ、２）−Ｘ（１、ｊ、１）｝の関係が成立する。したがって、画像データ生成部２５は、第１行の各アクティブピクセル１０については、Ｖｏｕｔ２（１、ｊ、２）−Ｖｏｕｔ１（１、ｊ、１）を計算することで、第１初期化／読み出し期間から第２初期化／読み出し期間のまで間に当該各アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸが算出される。

上述のようにして、画像データ生成部２５が４×４解像度の２次元画像のデータを１枚取得することにより、第１回目の第２初期化／読み出し期間が終了するとともに第１回目の画像データ生成期間が終了する。

第２回目以降の画像データ生成期間においても、画像データ生成部２５は、上記と同様の方法で４×４解像度の２次元画像のデータを１枚ずつ取得していく。

すなわち、第ｎ回目の初期化／読み出し期間中にｉ行のアクティブピクセル１０が初期化される場合、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第ｎ回目の後半のＨｉｇｈ期間に読み出された第ｉ行第ｊ列のアクティブピクセル１０の出力電圧をＶｏｕｔ１（ｉ、ｊ、ｎ）、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第ｎ＋１回目のＨｉｇｈ期間に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ２（ｉ、ｊ、ｎ＋１）とすると、Ｖｏｕｔ２（ｉ、ｊ、ｎ＋１）−Ｖｏｕｔ１（ｉ、ｊ、ｎ）＝α｛Ｘ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）−Ｘ（ｉ、ｊ、ｎ）｝の関係が成立する。したがって、Ｖｏｕｔ２（ｉ、ｊ、ｎ＋１）−Ｖｏｕｔ１（ｉ、ｊ、ｎ）を計算することで、ｉ行のアクティブピクセル１０における変化量ΔＸが算出される。

なお、第ｎ回目の画像データ生成期間における第２初期化／読み出し期間が、第ｎ＋１回目の画像データ生成期間における第１初期化／読み出し期間となる。

このように、放射線画像撮像装置２００は、リセット素子制御部２３が、１フレーム毎に、異なる行のアクティブピクセル１０を初期化する。１フレーム毎に少なくともいずれかのアクティブピクセル１０が初期化されることから、全てのアクティブピクセル１０を一括して初期化するために２次元画像のデータの生成を休止する期間を設ける必要がない。それゆえ、複数の２次元画像のデータを途切れることなく連続して生成することができ、実施形態１のような信号蓄積のための追加期間、すなわち冗長期間を設けることなく、フレーム周期の一定性を確保することができる。

なお、本発明に係る放射線画像撮像装置が備えているアクティブピクセル１０の実際の個数（ｉ×ｊ）は４×４個よりも遥かに多いことから、実際は、初期化周期を構成する複数フレームのうちの１フレーム内で、複数行（例えば数１０行）のアクティブピクセル１０が初期化されている。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１１および図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る放射線画像撮像装置３００は、画像データ生成部２５が、アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘと当該アクティブピクセル１０から読み出された出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す近似関数を用いて、上記放射線の線量Ｘの変化量ΔＸを算出する点で、実施形態１および２に係る放射線画像撮像装置１００および２００と異なる。

なお、放射線画像撮像装置３００の主要部の構成は、実施形態１に係る放射線画像撮像装置１００の主要部の構成と同一である。また、放射線画像撮像装置３００に備えられたリード素子制御部２２およびリセット素子制御部２３による信号出力の制御についても、上記放射線画像撮像装置１００と同一である（図５参照）。但し、放射線画像撮像装置３００の主要部の構成等は、例えば、実施形態２に係る放射線画像撮像装置２００と同一であってもよい。

＜画像データ生成部による放射線の線量の変化量の算出＞
以下、図１１および図１２を用いて、画像データ生成部２５による放射線の線量Ｘの変化量ΔＸの算出について説明する。図１１は、放射線画像撮像装置３００が備えたアクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘと、当該アクティブピクセル１０から読み出された出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフである。図１２は、上記放射線の線量Ｘと上記出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を近似関数で示すグラフである。

アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘと、当該アクティブピクセル１０から読み出された当該線量Ｘに対応する出力電圧Ｖｏｕｔとを実測した場合、図１１に示すように、非線形性が現れる。このような現象が生じるのは、増幅素子２のゲート電圧とドレイン電流の関係が線形ではないこと、およびセンサ素子１の特性に端子間電圧依存性があることに起因する。

さらに、アクティブピクセル１０を初期化せずに撮像動作を繰り返す場合、容量素子１ａに蓄積される電荷の量が大きくなるため、その分増幅素子２のゲート電圧の変化幅も大きくなることから、非線形性がより顕著に現れる。

したがって、出力電圧Ｖｏｕｔから入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸをより正確に算出するためには、出力電圧Ｖｏｕｔと放射線の線量Ｘとの関係を、実測に近い非線形性に補正した近似関数を導出し、当該近似関数を用いて変化量ΔＸを算出することが必要になる。以下に、近似関数の導出方法について説明する。

（近似関数の導出方法）
まず、撮像パネル２０におけるアクティブピクセル１０が配置されている面に、均一に一定線量の放射線を連続的に照射する。そして、特定のアクティブピクセル１０について、初期化直後の出力電圧をＶ０、その後、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、…、ＶＮと、一定フレーム毎（１フレーム毎でもよいし、数フレーム毎でもよい）に出力電圧Ｖｏｕｔを読み出す。読み出された出力電圧Ｖｏｕｔのデータに基づいて、図１１に示すように、放射線の線量Ｘと当該線量Ｘに対応する出力電圧Ｖｏｕｔとの関係をグラフ化する。

ここで、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、…、ＸＮは、上記特定のアクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘを表す。但し、一定線量の放射線を照射して一定フレーム毎に出力電圧Ｖｏｕｔを読み出していることから、それらの絶対値で表す必要はなく、Ｘ１＝Ｘ２−Ｘ１＝Ｘ３−Ｘ２＝Ｘ４−Ｘ３＝…＝ＸＮ−ＸＮ−１を満たすように任意に表してよい。

次に、図１１のグラフで示された放射線の線量Ｘと当該線量Ｘに対応する出力電圧Ｖｏｕｔとの関係について、ＸをＶｏｕｔの関数とみなすことにより、図１２のグラフで表されるような近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）を導出する。近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）は、例えば、図１１のグラフにおける、点（０、Ｖ０）、（Ｘ１、Ｖ１）、…（ＸＶ、ＶＮ）を直線で結ぶ折れ線近似として導出することができる。また、例えば、多項式近似、最小２乗法等を用いて近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）を導出してもよい。

導出された近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）は、全てのアクティブピクセル１０における入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸを算出するための式として対応付けて、画像データ生成部２５に内蔵されたメモリ（図示せず）に記憶される。前記メモリは、画像データ生成部２５の外部に設けられていてもよい。

なお、近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）は、アクティブピクセル１０毎に個別に導出してもよい。換言すれば、画像データ生成部２５は、全てのアクティブピクセル１０の各々に対応した近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）を用いてもよい。アクティブピクセル１０毎の近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）を用いることで、より正確に放射線の線量Ｘの変化量ΔＸを算出することができる。この場合、アクティブピクセル１０毎の近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）の式が、全て画像データ生成部２５のメモリに記憶される。

また、アクティブピクセル１０毎の放射線の線量Ｘと当該線量Ｘに対応する出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を平均化したグラフを作成し、当該グラフに基づいて導出した近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）を、全てのアクティブピクセル１０に対応付けてもよい。

さらに、近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）は、ユーザによる実験等によって導出されてもよい。あるいは、画像データ生成部２５の内部または外部に近似関数導出部（図示せず）を設けて、アクティブピクセル１０に放射線が入射することによって自動的に導出されるようにしてもよい。

（近似関数を用いた放射線の線量の変化量の算出）
画像データ生成部２５は、上記の方法で導出された近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）を用いて、アクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸを算出する。

すなわち、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第ｎ回目のＨｉｇｈ期間に読み出された第ｉ行第ｊ列のアクティブピクセル１０の出力電圧をＶｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ）、リード信号Ｒｅａｄ＿ｉの第ｎ＋１回目のＨｉｇｈ期間に読み出された出力電圧をＶｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）とすると、ｆ（Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ＋１））−ｆ（Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ））＝Ｘ（ｉ、ｊ、ｎ＋１）−Ｘ（ｉ、ｊ、ｎ）の関係が成立する。したがって、ｆ（Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ＋１））−ｆ（Ｖｏｕｔ（ｉ、ｊ、ｎ））を計算することで、変化量ΔＸが算出される。

このように、画像データ生成部２５は、近似関数Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ）を用いることによってアクティブピクセル１０に入射した放射線の線量Ｘの変化量ΔＸを算出することから、算出された当該変化量ΔＸは実測値に近似した値となる。したがって、放射線画像撮像装置３００は、より精度の高い２次元画像のデータを取得することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
放射線画像撮像装置１００の制御ブロック（特にリード素子制御部２２およびリセット素子制御部２３）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、放射線画像撮像装置１００は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る放射線画像撮像装置（１００、２００、３００）は、被写体に対する照射を経た放射線の線量（Ｘ）に応じた２次元画像を取得する放射線画像撮像装置において、２次元的に配された複数の画素（アクティブピクセル１０）と、上記複数の画素の各々に備えられ、上記複数の画素に上記放射線が入射することにより、連続する少なくとも２フレーム間で上記画素ごとに上記線量に応じた電荷を蓄積する容量素子（１ａ）と、上記複数の画素の少なくとも１つの画素について、上記２フレームを構成する第１フレームおよび第２フレームの各々において、上記少なくとも１つの画素を初期化せずに、当該画素から、蓄積された上記電荷に対応した第１出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）および第２出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）を読み出すリード制御部（リード素子制御部２２、リセット素子制御部２３）と、を備えている。

上記構成によれば、リード制御部は、連続する２フレームを構成する第１フレームおよび第２フレームの各々において、２次元的に配された複数の画素の少なくとも１つの画素については初期化せずに、当該画素から、容量素子に蓄積された電荷に対応した第１出力および第２出力を読み出す。ここで、「１フレーム」とは、２次元的に配された複数の画素から１枚の２次元画像のデータを読み出すのに要する時間を指す。

したがって、初期化されない少なくとも１つの画素については、該初期化に要する時間を考慮する必要がない。それゆえ、１フレーム毎に複数の画素の全てを初期化する場合と比較して、２次元画像のデータの総取得時間を短縮できるとともに、上記少なくとも１つの画素の初期化に要する分の消費電力を削減することができる。

以上より、フレームレートの向上および消費電力の抑制を実現した放射線画像撮像装置を提供することができる。

本発明の態様２に係る放射線画像撮像装置（１００、２００、３００）は、上記態様１において、上記複数の画素（アクティブピクセル１０）の各々を上記初期化する初期化周期が、複数フレームの時間長として定められており、上記リード制御部（リセット素子制御部２３）は、上記初期化周期の終わりに上記複数の画素の全部が上記初期化されているように、上記複数の画素の各々を上記初期化周期内で初期化してもよい。

複数の画素のうち、初期化されることなく第１出力および第２出力の読み出しが行われる画素については、その読み出しの繰り返し回数に応じて当該画素の容量素子に蓄積される電荷の量が増加していく。そして、蓄積された電荷の量が複数フレームを経て所定量になった場合、容量素子はそれ以上電荷を蓄積できなくなる飽和状態になり、当該所定量となって以降に読み出された第１出力および第２出力は飽和する。したがって、上記所定量となって以降は、読み出された第１出力および第２出力は、被写体に対する照射を経た放射線の線量に対応しなくなる。

一方、複数の画素のそれぞれを１フレーム毎の周期で初期化し、かつ１フレーム内で複数の画素の全部を初期化すると、１フレームの時間が長くなってしまう。

その点、上記構成によれば、複数の画素の全部を複数フレームの時間をかけて初期化するので、１フレーム内で複数の画素の全部を初期化する場合と比べて、１フレームの時間を短縮することができる。それゆえ、放射線画像撮像装置は、放射線の線量に対応した第１出力および第２出力を、１フレームの時間を短くしながら読み出すことができる。

本発明の態様３に係る放射線画像撮像装置（１００、２００）は、上記態様１または２において、上記複数の画素（アクティブピクセル１０）は、上記第１出力または上記第２出力を増幅する増幅素子（２）をさらに備え、上記リード制御部（リード素子制御部２２）は、上記複数の画素の各々から、上記第２出力を増幅した第２増幅出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）と、上記第１出力を増幅した第１増幅出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）とを読み出し、上記リード制御部によって読み出された上記第２増幅出力と上記第１増幅出力との差を求めることにより、上記放射線の線量（Ｘ）に応じた読み出し出力（変化量ΔＸ）を生成する出力生成部（画像データ生成部２５）をさらに備えていてもよい。

上記構成によれば、複数の画素は、第１出力または第２出力を増幅する増幅素子をさらに備えていると共に、リード制御部は、複数の画素の各々から、第２出力を増幅した第２増幅出力と第１出力を増幅した第１増幅出力とを読み出す。それゆえ、放射線画像撮像装置は、リード制御部に雑音等が発生した場合であっても、複数の画素の各々からの出力を、第１増幅出力および第２増幅出力としてより確実に読み出すことができる。

また、上記構成によれば、放射線画像装置は、第２増幅出力と第１増幅出力との差を求めることにより、被写体に対する照射を経た放射線の線量に応じた読み出し出力を生成する、出力生成部をさらに備えている。それゆえ、放射線画像撮像装置は、第１増幅出力および第２増幅出力の読み出しに対応する２フレームにおいて、当該読み出しの対象となった画素が初期化されなかった場合でも、第１増幅出力の読み出し時点から第２増幅出力の読み出し時点までに上記画素に入射した放射線の線量を、読み出し出力を用いて実測に近い値で求めることができる。

さらに、上記構成によれば、各フレームの画像データは、電荷の蓄積期間の後に読み出した出力から初期化直後に読み出した出力を減算することで求められる。このようなダブルサンプリングを用いた読み出し動作によって、初期化時に画素に蓄積されたノイズが除去されることから、放射線画像撮像装置は、ノイズの少ない画像データを取得することができる。

本発明の態様４に係る放射線画像撮像装置（３００）は、上記態様３において、上記出力生成部（画像データ生成部２５）は、上記初期化された特定の上記画素（アクティブピクセル１０）に対して連続的に照射された放射線の線量（Ｘ）と、当該線量に応じて上記容量素子（１ａ）に蓄積された電荷に対応した出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）との関係を示す近似関数（Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ））を用いて、上記近似関数に上記第２増幅出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）を代入して得られた第２補正出力（ｆ（Ｖｏｕｔ））と、上記近似関数に上記第１増幅出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）を代入して得られた第１補正出力（ｆ（Ｖｏｕｔ））との差を求めることにより、上記読み出し出力（変化量ΔＸ）を生成してもよい。

上記構成によれば、出力生成部は、初期化された特定の画素に対して連続的に照射された放射線の線量と、当該線量に応じて容量素子に蓄積された電荷に対応した出力との関係を示す近似関数を用いて、近似関数に第２増幅出力を代入して得られた第２補正出力と、近似関数に第１増幅出力を代入して得られた第１補正出力との差を求めることにより、読み出し出力を生成する。

ここで、近似関数は、画素に入射した放射線の線量と当該線量に対応した画素からの出力との関係を実測に近い形で表していることから、第１補正出力および第２補正出力は、被写体に対する照射を経た放射線の線量の実測値により近い値となっている。したがって、出力生成部は、第２増幅出力と第１増幅出力との差を求める場合と比較して、読み出し出力をより実測値に近づけて生成することができる。

本発明の態様５に係る放射線画像撮像装置（３００）は、上記態様４において、上記出力生成部（画像データ生成部２５）は、上記複数の画素（アクティブピクセル１０）の各々に対応した上記近似関数（Ｘ＝ｆ（Ｖｏｕｔ））を用いてもよい。

画素に入射した放射線の線量と当該線量に対応した画素からの出力との関係は、画素内に設けた素子の特性の差、および撮像パネル上における画素の配置場所の違い等に起因して、複数の画素のそれぞれにおいて異なったものとなる。

その点、上記構成によれば、出力生成部は、複数の画素の各々に対応した上記近似関数を用いることにより、複数の画素の各々に応じた読み出し出力を生成する。それゆえ、出力生成部は、例えば、特定の画素に対応した近似関数を他の画素の近似関数として流用する場合と比較して、上記各読み出し出力を対応する各画素の実測値により近づけて生成することができる。

本発明の態様６に係る放射線画像撮像方法は、被写体に対する照射を経た放射線の線量（Ｘ）に応じた２次元画像を取得する放射線画像撮像方法において、２次元的に配された複数の画素（アクティブピクセル１０）に上記放射線が入射することにより、連続する少なくとも２フレーム間で上記画素ごとに上記線量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積ステップ（Ｓ１０１）と、上記複数の画素の少なくとも１つの画素について、上記２フレームを構成する第１フレームおよび第２フレームの各々において、上記少なくとも１つの画素を初期化せずに、当該画素から、蓄積された上記電荷に対応した第１出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）および第２出力（出力電圧Ｖｏｕｔ）を読み出す出力読み出しステップ（Ｓ１０５）と、を含む。

上記構成によれば、フレームレートの向上および消費電力の抑制を実現した放射線画像撮像方法を提供することができる。

本発明の各態様に係る放射線画像撮像装置（１００、２００、３００）は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記放射線画像撮像装置が備える各部（ソフトウェア要素に限る）として動作させることにより上記放射線画像撮像装置をコンピュータにて実現させるプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

上記構成によれば、フレームレートが向上し、かつ消費電力が抑制された放射線画像撮像を可能とするプログラムおよび記録媒体を提供することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ａ 容量素子
２ 増幅素子
１０ アクティブピクセル（画素）
２２ リード素子制御部（リード制御部）
２３ リセット素子制御部（リード制御部）
２５ 画像データ生成部（出力生成部）
１００、２００、３００ 放射線画像撮像装置

Claims (4)

1. 被写体に対する照射を経た放射線の線量に応じた２次元画像を取得する放射線画像撮像装置において、
   ２次元的に配された複数の画素と、
   上記複数の画素の各々に備えられ、上記複数の画素に上記放射線が入射することにより、連続する少なくとも２フレーム間で上記画素ごとに上記線量に応じた電荷を蓄積する容量素子と、
   上記複数の画素の少なくとも１つの画素について、上記２フレームを構成する第１フレームおよび第２フレームの各々において、上記少なくとも１つの画素を初期化せずに、当該画素から、蓄積された上記電荷に対応した第１出力および第２出力を読み出すリード制御部と、を備え、
   上記複数の画素の各々を上記初期化する初期化周期が、複数フレームの時間長として定められており、
   上記リード制御部は、上記初期化周期の終わりに上記複数の画素の全部が上記初期化されているように、上記複数フレームを構成する１フレーム毎に一定数の異なる画素を上記初期化しつつ、上記複数の画素の各々を上記初期化周期内で上記初期化することを特徴とする放射線画像撮像装置。
2. 上記複数の画素は、上記第１出力または上記第２出力を増幅する増幅素子をさらに備え、
   上記リード制御部は、上記複数の画素の各々から、上記第２出力を増幅した第２増幅出力と、上記第１出力を増幅した第１増幅出力とを読み出し、
   上記リード制御部によって読み出された上記第２増幅出力と上記第１増幅出力との差を求めることにより、上記放射線の線量に応じた読み出し出力を生成する出力生成部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮像装置。
3. 上記出力生成部は、上記初期化された特定の上記画素に対して連続的に照射された放射線の線量と、当該線量に応じて上記容量素子に蓄積された電荷に対応した出力との関係を示す近似関数を用いて、上記近似関数に上記第２増幅出力を代入して得られた第２補正出力と、上記近似関数に上記第１増幅出力を代入して得られた第１補正出力との差を求めることにより、上記読み出し出力を生成することを特徴とする請求項２に記載の放射線画像撮像装置。
4. 上記出力生成部は、上記複数の画素の各々に対応した上記近似関数を用いることを特徴とする請求項３に記載の放射線画像撮像装置。
   

Images